本发明公开了一种基于多级优化的圆拟合算法，涉及圆拟合算法技术领域。本发明一种基于多级优化的圆拟合算法，包括如下步骤：步骤S1：获取输入图片的轮廓，对所有轮廓点进行一次最小二乘圆拟合，得到粗圆心和粗半径；步骤S2：计算轮廓所有点和粗圆心的距离及其与粗半径的差值d1；步骤S3：从上一步得到的点群随机抽取三点，利用圆的中垂线定理得到圆的半径r和圆心坐标；步骤S4：依次迭代，加入循环中断；步骤S5：对所得到的内群点用Tukey权重分配函数进行精细化处理；本发明综合运用3σ准则、随机抽样一致性（RANSAC）、Tukey权重分配函数迭代依次实现粗大误差点剔除、高质量内群点提取、精细化处理，从而达到多级优化的目的。